專利名稱：無閥薄膜驅(qū)動(dòng)型微泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及薄膜驅(qū)動(dòng)型微泵，屬于微流體傳輸與控制、微機(jī)械為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是在上泵體上開有上泵腔、錐形擴(kuò)散管、錐形收縮管、左側(cè)水孔及右側(cè)水孔，上泵腔通過擴(kuò)散管與左側(cè)水孔相連，通過收縮管與右側(cè)水孔相連，在上泵體的下面有下泵體，在下泵體上開有相應(yīng)的下泵腔、錐形擴(kuò)散管、錐形收縮管及相應(yīng)的左側(cè)水孔、右側(cè)水孔，下泵腔通過擴(kuò)散管與左側(cè)水孔相連，通過收縮管與右側(cè)水孔相連，上、下泵腔由基底膜與功能膜構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)膜隔離，兩個(gè)擴(kuò)散管與兩個(gè)收縮管的錐形角度均相等。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1.由于本發(fā)明采用了單膜雙腔結(jié)構(gòu)，利用信號(hào)控制兩個(gè)腔體容積的變化，使兩個(gè)腔體容積變化得到實(shí)時(shí)互補(bǔ)，輸出流量連續(xù)穩(wěn)定，且具有結(jié)構(gòu)及工藝簡(jiǎn)單、響應(yīng)快、驅(qū)動(dòng)頻率寬、可控性強(qiáng)、能耗低、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。
2.本發(fā)明可采用微細(xì)加工和微機(jī)械技術(shù)相兼容的材料和工藝制造，具有體積小、成本低、容易和其它微檢測(cè)和微控制元件集成等特點(diǎn)，適應(yīng)于大批量生產(chǎn)。
圖2為

圖1中A-A剖面圖。
圖3為圖1實(shí)施例的軸視圖。
圖4為本發(fā)明另一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
圖5為圖4中驅(qū)動(dòng)膜的結(jié)構(gòu)示意圖。
當(dāng)錐形擴(kuò)散管3、12，錐形收縮管7、12的錐形角度a為5°～12°之間時(shí)，該泵的輸出能力較大。
工作時(shí)，驅(qū)動(dòng)膜在交變電信號(hào)的激勵(lì)下將發(fā)生近拋物球面狀變形，從而使泵腔的體積發(fā)生增大和減小的交替變化?，F(xiàn)將水孔2作進(jìn)水端、水孔8作出水端，當(dāng)上泵腔4容積減少ΔV，設(shè)上泵腔擴(kuò)張管3輸出流量為Q1、收縮管7輸出流量為Q2，由于擴(kuò)張管、收縮管在流體流向上呈錐形，根據(jù)收縮管、擴(kuò)張管管內(nèi)流體的流動(dòng)特性，Q2＞Q1，也即上泵腔4處于泵出狀態(tài)；同時(shí)，下泵腔11容積相應(yīng)增加ΔV，設(shè)下泵腔擴(kuò)張管12輸入流量為Q3、收縮管10輸入流量為Q4，根據(jù)收縮管、擴(kuò)張管管內(nèi)流體的流動(dòng)特性，Q3＞Q4，也即下泵腔11處于吸入狀態(tài)。在進(jìn)水孔2端，上泵腔擴(kuò)張管3實(shí)際起到流體收縮作用，下泵腔擴(kuò)張管12起到流體擴(kuò)張作用，Q3＞Q1，整泵在進(jìn)水孔2端處于吸入狀態(tài)。在出水孔8端，上泵腔收縮管7實(shí)際起到流體擴(kuò)張作用，下泵腔收縮管10起到流體收縮作用，Q2＞Q4，整泵在出水孔8端處于泵出狀態(tài)。由于上、下泵腔4、11對(duì)應(yīng)布置，上泵腔4容積增加時(shí)，根據(jù)以上分析過程同理可知，整泵在進(jìn)水孔2端仍處于吸入狀態(tài)、在出水孔8端處于泵出狀態(tài)。因此，在一個(gè)工作周期中，微泵實(shí)現(xiàn)了流體的連續(xù)吸入和泵出。微泵流量大小由交變電信號(hào)的幅度和頻率控制。同時(shí)，本發(fā)明使用化學(xué)性能穩(wěn)定、絕緣性能良好的光敏聚酰亞胺薄膜作為電隔離層，提高了微泵的可靠性和壽命。
本發(fā)明的主要技術(shù)指標(biāo)可達(dá)到外形尺寸為8mm×8mm×1.5mm(長(zhǎng)×寬×高)，腔體尺寸為5mm×0.3mm(直徑×高)，壓電薄膜尺寸為3mm×3mm×40μm；流量在0.5-100μL/min連續(xù)可調(diào)；最高泵壓為2.6Kpa。
結(jié)合圖1對(duì)本發(fā)明的具體工藝流程作一定敘述。該微泵可由3層硅(玻璃)結(jié)構(gòu)經(jīng)硅(玻)—硅(玻)鍵合工藝組合而成，分別為上泵體、下泵體及封蓋。首先使用厚膜制備工藝在上泵體的Si基下表面直接沉積一層約40μm的壓電膜，在壓電膜的背面使用深度反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)刻蝕出上泵腔體，進(jìn)水孔，出水孔，收縮管，擴(kuò)張管?？涛g上泵腔體時(shí)，刻蝕至Si膜厚度約為100μm。下泵體的制作工藝除了無壓電薄膜的制備，其余與上泵體相同。封蓋的制作相對(duì)較為簡(jiǎn)單，只需刻蝕出相應(yīng)的進(jìn)、出水孔即可。三層結(jié)構(gòu)采用硅(玻)—硅(玻)直接鍵合工藝鍵合在一起就組成了整泵。整個(gè)加工過程十分簡(jiǎn)單，適宜于批量生產(chǎn)。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)還可如圖4、圖5所示，由上泵體16，下泵體13及驅(qū)動(dòng)膜組成，驅(qū)動(dòng)膜由基底膜15及功能膜14構(gòu)成，固定于上泵體16與下泵體13之間。
顯然，本發(fā)明不僅適用于壓電微泵，且可應(yīng)用于其它的薄膜驅(qū)動(dòng)微泵，如SMA薄膜驅(qū)動(dòng)微泵、磁力薄膜驅(qū)動(dòng)微泵、雙金屬熱驅(qū)動(dòng)微泵、熱氣驅(qū)動(dòng)微泵等。
權(quán)利要求
1.一種無閥薄膜驅(qū)動(dòng)型微泵，其特征在于在上泵體(1)上開有上泵腔(4)、錐形擴(kuò)散管(3)、錐形收縮管(7)、左側(cè)水孔(2)及右側(cè)水孔(8)，上泵腔(4)通過擴(kuò)散管(3)與左側(cè)水孔(2)相連，通過收縮管(7)與右側(cè)水孔(8)相連，在上泵體(1)的下面有下泵體(13)，在下泵體(13)上開有相應(yīng)的下泵腔(11)、錐形擴(kuò)散管(12)、錐形收縮管(10)及相應(yīng)的左側(cè)水孔(2)、右側(cè)水孔(8)，下泵腔(11)通過擴(kuò)散管(12)與左側(cè)水孔(2)相連，通過收縮管(10)與右側(cè)水孔(8)相連，上、下泵腔(4)、(11)由基底膜(5)與功能膜(6)構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)膜隔離，兩個(gè)擴(kuò)散管(3)、(12)與兩個(gè)收縮管(7)、(10)的錐形角度均相等。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無閥薄膜驅(qū)動(dòng)型微泵，其特征在于在上泵體(1)的上面置有封蓋(9)，其上開有相應(yīng)的左側(cè)水孔(2)及右側(cè)水孔(8)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無閥薄膜驅(qū)動(dòng)型微泵，其特征在于錐形擴(kuò)散管(3)、(12)，錐形收縮管(7)、(10)的錐形角度a為5°～12°。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無閥薄膜驅(qū)動(dòng)型微泵，該微泵是一種單膜雙腔結(jié)構(gòu)，雙腔中間由基底膜與功能膜構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)膜完全隔離，每個(gè)泵腔通過各自的錐形擴(kuò)散管與進(jìn)水孔相連，通過各自的錐形收縮管與出水孔相連。本發(fā)明采用單膜雙腔結(jié)構(gòu)，利用信號(hào)控制兩個(gè)腔體容積的變化，使兩個(gè)腔體容積變化得到實(shí)時(shí)互補(bǔ)，輸出流量穩(wěn)定，且具有結(jié)構(gòu)及制備工藝簡(jiǎn)單、響應(yīng)快、驅(qū)動(dòng)頻率寬、可控性強(qiáng)、能耗低、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。此外，本發(fā)明可采用微細(xì)加工和微機(jī)械技術(shù)相兼容的材料和工藝制造，具有體積小、成本低、容易和其它微檢測(cè)和微控制元件集成等特點(diǎn)，適應(yīng)于大批量生產(chǎn)，具有可觀的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)F04B43/02GK1442612SQ0311891
公開日2003年9月17日 申請(qǐng)日期2003年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月11日
發(fā)明者于軍, 王耘波, 徐靜平, 劉鋒, 高俊雄, 劉剛, 周文利, 謝基凡 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)